林芝河谷地區(qū)典型農(nóng)田土壤主要性質(zhì)及重金屬狀況初探①

孫 曦，劉合滿，周 通，旦曾曲扎，李 柱，周嘉文，吳龍華*

(1 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京 210008；2 西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

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林芝河谷地區(qū)典型農(nóng)田土壤主要性質(zhì)及重金屬狀況初探①

孫 曦1,3，劉合滿2，周 通1，旦曾曲扎2，李 柱1，周嘉文1,3，吳龍華1*

(1 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京 210008；2 西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

摘 要：選擇西藏林芝河谷地區(qū)代表性麥田及蔬菜大棚土壤，對(duì)其主要土壤肥力指標(biāo)、重金屬濃度及相應(yīng)小麥及蔬菜樣的重金屬濃度進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮處于中等及較缺乏水平，全磷、全鉀、有效鋅處于缺乏水平，速效磷、鉀及有效銅處于較豐富水平；研究區(qū)土壤及作物銅、鋅、鎘濃度均未超出我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成了表層土壤銅、鋅、鎘的富集。研究區(qū)耕地應(yīng)注重有機(jī)肥、化肥及微量元素的合理施用，同時(shí)注意農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的土壤酸化、重金屬富集問(wèn)題并加以監(jiān)控，以促進(jìn)該區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：林芝；土壤；植物；肥力；重金屬

西藏位于我國(guó)西南邊陲，地處有“世界第三極”之稱的青藏高原[1]，一直被認(rèn)為是受人為活動(dòng)影響最少的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境基本保持原生狀態(tài)。一系列關(guān)于西藏土壤元素背景值的研究表明西藏土壤重金屬濃度受人為作用的影響不大，Hg、Cu、Zn、Cd、Mn 等13種元素接近對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其中Cu、Hg等元素濃度低于全國(guó)背景值，Zn、Mn等元素高于全國(guó)背景值[2-4]。然而，該區(qū)生態(tài)環(huán)境極其脆弱，近幾年來(lái)西藏地區(qū)由于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)[5-7]、交通排放[8-9]、設(shè)施農(nóng)業(yè)[10]等人為原因而產(chǎn)生的土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染問(wèn)題已進(jìn)入人們的視野。

林芝河谷地區(qū)位于西藏東南尼洋河-雅魯藏布江流域中游，大致呈東西走向，海拔4 000 m以下，南北均為海拔5 000 m以上山脈，受沿雅魯藏布江河谷深入的印度洋季風(fēng)影響有著較為充足的降水，河谷地貌發(fā)育，地形較為寬闊平坦，沖積母質(zhì)及洪積母質(zhì)分布廣泛，土層較厚，易于耕種及灌溉，有著悠久的農(nóng)耕歷史，是西藏重要的農(nóng)區(qū)[11-13]。20世紀(jì)60年代，土壤肥力調(diào)查顯示西藏海拔5 000 m以下可利用土壤養(yǎng)分狀況普遍偏高，有機(jī)質(zhì)一般＞50 g/kg、全氮＞2 g/kg；至20世紀(jì)80年代土壤肥力已有明顯下降，40%～50% 的耕地有機(jī)質(zhì)含量下降至20 g/kg以下，全氮也降至0.5～1 g/kg[14]；1990—2001年該區(qū)土壤肥力仍呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[15]。

通過(guò)歷次土壤普查工作[1,16]及部分相關(guān)研究[15,17-22]，對(duì)于該區(qū)耕地土壤肥力狀況已取得一定的研究工作積累，一般認(rèn)為目前該區(qū)總體上土壤肥力退化較嚴(yán)重，且肥力因素不協(xié)調(diào)。土壤肥力狀況處于動(dòng)態(tài)變化之中，因此有必要對(duì)其進(jìn)行調(diào)查及監(jiān)控。目前關(guān)于西藏地區(qū)土壤重金屬狀況的報(bào)道很有限，Sheng等[23]、Li等[24]針對(duì)全區(qū)表層土壤的研究表明，西藏地區(qū)土壤重金屬主要來(lái)源于成土母質(zhì)，大氣輸入及人為活動(dòng)可能是造成部分地區(qū)土壤Hg、Pb等元素污染的原因；關(guān)于已知人為污染源的土壤重金屬污染研究?jī)H限于西藏中部礦區(qū)[5-7]及公路、鐵路沿線[8-9]。針對(duì)該區(qū)主要農(nóng)產(chǎn)區(qū)耕地土壤重金屬狀況、重金屬在土壤剖面上的分布、有效態(tài)及農(nóng)作物中重金屬濃度的研究鮮有報(bào)道。

因此，本研究選擇西藏林芝河谷內(nèi)地區(qū)典型耕地土壤及農(nóng)作物，測(cè)定土壤肥力現(xiàn)狀以及土壤、作物中重金屬濃度，比較分析該地土壤肥力變化及重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，以期為該區(qū)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供依據(jù)，避免重蹈我國(guó)東部地區(qū)耕地退化及污染之覆轍，實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于西藏自治區(qū)林芝地區(qū)米林縣及林芝縣境內(nèi)，地處雅魯藏布江及其支流尼洋河流域河谷，海拔2 900～3 000 m，是西藏自治區(qū)重要農(nóng)業(yè)區(qū)及商品糧生產(chǎn)基地之一。該區(qū)自然條件較好，屬高原溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，全年日照充足，均溫10～15℃，該區(qū)降水量主要來(lái)源于沿雅魯藏布江河谷深入內(nèi)陸的印度洋暖濕氣流，年平均降水量640～650 mm。河谷內(nèi)發(fā)育著溫帶及亞熱帶濕潤(rùn)型山地土壤如黃棕壤、棕壤、暗棕壤、灰化土等，部分河流低階地發(fā)育有草甸土，成土母質(zhì)多為洪積沖積物，土壤質(zhì)地較砂[11-12]。區(qū)域農(nóng)業(yè)為一年一熟制，主要種植冬青稞和春小麥，施肥以化學(xué)肥料為主，主要為碳酸氫銨、過(guò)磷酸鈣做底肥施用，施用量約為N 120 kg/hm2和P2O5112 kg/hm2。

1.2 樣品采集及前處理

2014年7月底小麥成熟期于米林縣及林芝縣河谷內(nèi)選取4個(gè)小麥田采樣區(qū)域及1個(gè)蔬菜大棚采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分布如圖1。其中，樣點(diǎn)1～3為棕壤，1號(hào)樣點(diǎn)遠(yuǎn)離米林縣城，2、3號(hào)樣點(diǎn)在米林縣城郊，但2號(hào)樣點(diǎn)沒(méi)有蔬菜地，3號(hào)樣點(diǎn)則大棚蔬菜較多；樣點(diǎn)4位于雅魯藏布江與其支流尼洋河的交匯處，為氈狀草甸土，地勢(shì)低、地下水位較高。

圖1　采樣點(diǎn)地理位置Fig.1 Location of sampling sites

每個(gè)樣區(qū)選取2個(gè)典型連片種植的小麥田樣地兩塊，每塊地用不銹鋼土鉆采集3個(gè)0～20 cm耕層土壤樣品(每個(gè)樣品采集間隔30 m的3點(diǎn)，混合成一個(gè)樣)，共采集表層土壤樣24個(gè)；并于1、3、4號(hào)采樣點(diǎn)各采集1 m深度系列剖面土壤樣品，每隔20 cm一層，共5個(gè)層次；同時(shí)于3號(hào)麥田采樣點(diǎn)附近選擇3個(gè)蔬菜大棚并采集0～20 cm耕層土壤樣品各1個(gè)。土壤取樣量約1 kg鮮樣，多余部分用四分法棄去，經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后剔除異物，過(guò)20目及100目尼龍篩，備用。同時(shí)采集對(duì)應(yīng)麥田的小麥全株樣品共計(jì)24份，脫粒，分為根、莖葉、麥粒，稱取各部分重量，粉碎；于蔬菜大棚采集豇豆、扁豆、辣椒、絲瓜等蔬菜的可食部分樣品各3個(gè)，稱鮮重、洗滌、烘干、稱重、粉碎，備用。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及質(zhì)量控制

土壤pH、有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、全量及有效態(tài)N、P、K的測(cè)定參照《土壤農(nóng)業(yè)化化分析方法》[25]；土壤全量重金屬濃度采用HCl-HNO3消煮[26]，原子吸收光譜法[Varian SpectrAA 220FS(火焰)，220Z(石墨爐)]測(cè)定消化液中Cu、Zn、Cd濃度；土壤有效態(tài)Cu、Zn、Cd采用DTPA-TEA浸提，原子吸收法測(cè)定[25]。測(cè)定時(shí)加入空白樣品及標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品GBW 07406進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

植物樣品通過(guò)不銹鋼粉碎機(jī)粉碎后采用H2O2-HNO3消化，原子吸收光譜法測(cè)定消化液中Cu、Zn、Cd濃度。植物全量N、P、K按常規(guī)方法測(cè)定[25]。樣品測(cè)定時(shí)加入空白樣品及標(biāo)準(zhǔn)小麥樣品GBW 10011進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用方差分析(ANOVA)及Duncan檢驗(yàn)法檢驗(yàn)各樣點(diǎn)間各個(gè)測(cè)定指標(biāo)差異，統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2010及SPSS 13.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH及肥力性質(zhì)

由各樣點(diǎn)土壤pH可知，該供試區(qū)農(nóng)田土壤為酸性到中性，pH的95% 置信區(qū)間為6.26～7.12，且土壤pH表現(xiàn)出較大的空間變異性，變異系數(shù)為16.6%。其中1～2號(hào)樣點(diǎn)土壤呈中性，3號(hào)樣點(diǎn)及附近大棚土壤呈酸性。4號(hào)樣點(diǎn)位于尼洋河與雅魯藏布江交匯處，地下水位較高，受地下水影響使土體中碳酸鹽未被淋失，因此土壤呈微堿性(表1)。

表1　表層(0～20 cm)土壤pH及肥力性質(zhì)Table 1 pH values and nutrient contents of topsoil layer(0～20 cm)

對(duì)照西藏自治區(qū)土地管理局建議的耕地肥力分級(jí)方案[16]，該區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等(20～30 g/kg)及較缺乏(10～20 g/kg)水平，其中1～3號(hào)樣點(diǎn)(18.1～22.3 g/kg)低于4號(hào)樣點(diǎn)(28.7 g/kg)。大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，較相鄰農(nóng)田土壤高出44.2%，表明設(shè)施栽培條件下因有機(jī)肥投入量大而使土壤有機(jī)質(zhì)含量上升較快。該區(qū)土壤質(zhì)地為砂壤，陽(yáng)離子交換量(CEC)較低，各麥田樣點(diǎn)之間無(wú)顯著差異，而蔬菜大棚土壤CEC高出其附近的3號(hào)樣點(diǎn)麥田土壤15.9%。

土壤全氮含量總體處于中等偏下水平(＜2 g/kg)，堿解氮代表了土壤中易于植物吸收利用的氮素，該區(qū)總體上含量較缺乏(＜90 mg/kg)，大棚土壤的全氮及堿解氮含量與其附近3號(hào)樣點(diǎn)均無(wú)顯著差異。土壤全磷含量均處于缺乏水平(＜0.4 g/kg)；1、3、4號(hào)樣點(diǎn)速效磷含量較高(＞15 mg/kg)，而2號(hào)樣點(diǎn)缺乏(＜10 mg/kg)。大棚土壤全磷、速效磷含量均顯著高于其附近的3號(hào)樣點(diǎn)，這可能與蔬菜大棚肥料施用量較大有關(guān)。土壤全鉀含量處于缺乏(＜15 g/kg)水平。1、3、4號(hào)樣點(diǎn)的速效鉀水平較為豐富(＞150 mg/kg)，2號(hào)樣點(diǎn)處于較缺乏水平(＜100 mg/kg)。大棚土壤全鉀含量高于其附近的3號(hào)樣點(diǎn)麥田土壤。

在0～100 cm剖面層次上土壤pH變化程度不大，其中3號(hào)樣點(diǎn)土壤pH在垂直方向變異性很小，變異系數(shù)僅為2.13%，在80～100 cm土層土壤pH較0～80 cm土層高，其中較0～20 cm土層pH高0.2單位。1號(hào)樣點(diǎn)土壤pH表現(xiàn)為隨著土壤深度的加深，土壤pH呈升高趨勢(shì)，由0～20 cm表層的6.74增加到80～100 cm土層的7.64，土壤pH升高了0.9單位，即其酸性逐漸降低；4號(hào)樣點(diǎn)表現(xiàn)為隨著土壤深度的加深，土壤pH呈降低趨勢(shì)，由0～20 cm土層的7.93降低到80～100 cm土層的7.32，土壤pH下降了0.61單位(圖2)。

圖2　剖面土壤pH、有機(jī)質(zhì)及CEC變化Fig.2 pH values and organic matter contents in soil profiles

土壤有機(jī)質(zhì)含量整體表現(xiàn)為隨著土層深度的加深而呈降低趨勢(shì)。其中1號(hào)和4號(hào)樣點(diǎn)具有更加顯著的下降趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)含量分別從0～20 cm土層的22.4 g/kg和19.5 g/kg下降到80～100 cm土層的3.73 g/kg 和6.43 g/kg，分別降低了71.0% 和80.9%。而3號(hào)樣點(diǎn)在20～40 cm土層下降之后于40～60 cm土層有一定回升，之后繼續(xù)下降，但表層以下高于1號(hào)及4號(hào)樣點(diǎn)剖面土壤。

土壤CEC變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)質(zhì)相似。1號(hào)和4號(hào)樣點(diǎn)CEC分別從0～20 cm土層的5.69 cmol/kg和6.92 cmol/kg下降到80～100 cm土層的2.85 cmol/kg 和1.75 cmol/kg，分別降低了49.8% 和74.8%。與有機(jī)質(zhì)相同，3號(hào)樣點(diǎn)在20～40 cm土層下降之后于40～60 cm土層有一定回升，之后繼續(xù)下降。

土壤全氮和堿解氮，全磷和速效磷含量均隨深度增加而下降，呈明顯表聚特征(圖3)。1號(hào)及4號(hào)樣點(diǎn)的土壤全氮、堿解氮含量較3號(hào)樣點(diǎn)顯現(xiàn)出更顯著的下降趨勢(shì)，從0～20 cm土層至80～100 cm土層全氮含量分別下降了73.4%、87.9%，堿解氮含量分別下降了82.6%、99.4%。1號(hào)及4號(hào)樣點(diǎn)的全磷、速效磷含量下降趨勢(shì)較3號(hào)樣點(diǎn)弱，從0～20 cm土層至80～100 cm土層全磷含量分別下降了37.7%、18.6%，速效磷含量分別下降了77.3%、84.1%。3號(hào)樣點(diǎn)的氮、磷肥力狀況要優(yōu)于1、4號(hào)樣點(diǎn)，從0～20 cm土層至80～100 cm土層全氮、堿解氮、全磷、速效磷含量分別下降了39.1%、38.4%、48.7%、61.7%。表層土壤全鉀含量略高于亞表層，之后隨土層深度的變化不明顯，1、3、4號(hào)樣點(diǎn)80～100 cm土層全鉀含量較0～20 cm土層分別減少20.1%、12.3%、12.1%。3個(gè)樣點(diǎn)表層土壤中速效鉀較亞表層土壤低，隨土層深度增加先表現(xiàn)出一定回升之后又繼續(xù)下降。

2.2 土壤中重金屬濃度

各樣點(diǎn)土壤全量Cu、Zn、Cd濃度均未超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995》[27]一級(jí)標(biāo)準(zhǔn))(Cu：≤35 mg/kg，Zn：≤100 mg/kg，Cd≤0.20 mg/kg)(表2)。各樣點(diǎn)的土壤Cu濃度各異，各麥田樣點(diǎn)間全量Zn濃度無(wú)顯著差異，1、2號(hào)樣點(diǎn)的全量Cd濃度較低，3號(hào)與4號(hào)樣土壤全量Cd濃度略高，但也僅分別為0.11、0.14 mg/kg。大棚土壤全量Zn(90.1 mg/kg)及有效態(tài)Zn(1.81 mg/kg)濃度顯著高于其他麥田樣點(diǎn)，大棚樣點(diǎn)土壤全量Cu(28.9 mg/kg)、有效態(tài)Cu(1.69 mg/kg)、全量Cd(0.11 mg/kg)、有效態(tài)Cd(31.6 μg/kg)濃度與其附近的3號(hào)樣點(diǎn)麥田土壤無(wú)差異。作為植物必需微量元素，對(duì)照西藏自治區(qū)土地管理局建議的耕地肥力分級(jí)方案[16]，土壤有效Cu處于中等(0.5～1 mg/kg)至較豐富水平(1～2 mg/kg)，有效Zn處于極缺乏(＜0.5 mg/kg)至中等水平(1～2 mg/kg)之間。

圖3　剖面土壤全量及有效態(tài)氮磷鉀養(yǎng)分Fig.3 Total and available contents of nutrients in soil profiles

表2　表層土壤全量及有效態(tài)Cu、Zn、Cd濃度Table 2 Total and available contents of Cu,Zn and Cd in topsoil layer

從土壤剖面變化來(lái)看，全量及有效態(tài)Cu、Zn、Cd濃度大體呈隨剖面層次加深而下降的趨勢(shì)，在表層土壤中表現(xiàn)出一定的積累(圖4)。其中各樣點(diǎn)的全量Cd、有效態(tài)Cd、有效態(tài)Zn濃度隨土層深度增加呈較明顯的下降趨勢(shì)，0～20 cm土層至80～100 cm土層下降率分別為24.2%～64.0%、46.4%～71.2%、60.0%～78.0%；全量Cu、有效態(tài)Cu、全量Zn濃度在土壤剖面上的下降趨勢(shì)較弱，0～20 cm土層至80～100 cm土層下降率分別為4.1%～32.0%、-6.1%～46.1%、-3.1%～15.6%。其中有毒重金屬元素Cd在表層土壤中較土壤母質(zhì)表現(xiàn)出明顯的積累。

2.3 作物氮磷鉀元素及重金屬濃度

小麥籽粒及蔬菜中Cd濃度均低于標(biāo)準(zhǔn)限值(面粉：＜0.1 mg/kg；蔬菜：＜0.05 mg/kg)[28]，處于食品衛(wèi)生安全范圍內(nèi)(表3)；目前我國(guó)不再將Cu、Zn設(shè)為食品污染物指標(biāo)[29]。值得注意的是小麥籽粒中Cd的濃度與土壤中全量及有效態(tài)Cd濃度均達(dá)到顯著相關(guān)(Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.545**、0.780**，n=24)，表明本研究中土壤Cd濃度對(duì)小麥籽粒中Cd濃度產(chǎn)生直接影響；不同樣點(diǎn)小麥籽粒間Cu、Zn濃度差異較小，與對(duì)應(yīng)土壤全量及有效態(tài)Cu、Zn濃度間未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。不同蔬菜植物對(duì)重金屬的吸收富集能力不同，致使其可食部分Cu、Zn、Cd濃度不同。

圖4　剖面土壤全量及有效態(tài)Cu、Zn、Cd濃度Fig.4 Total and available contents of Cu,Zn and Cd in soil profiles

表3　植物全量N、P、K及Cu、Zn、Cd濃度Table 3 Total contents of N,P,K,Cu,Zn and Cd in plants

3 討論

3.1 研究區(qū)土壤肥力水平變化

本研究表明，林芝河谷麥田土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、堿解氮含量處于中等及較缺乏水平，總磷、總鉀含量處于缺乏水平；蔬菜大棚土壤有機(jī)質(zhì)、鉀素及磷素狀況優(yōu)于麥田土壤，但由于施肥土壤發(fā)生了一定程度的酸化。本區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)與總氮、堿解氮、速效鉀含量均呈顯著正相關(guān)(r分別為0.833**、0.779**、0.418*，n = 27，其中r為Pearson相關(guān)系數(shù)，下同)，保持土壤有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定是保障土壤肥力的關(guān)鍵因素。該區(qū)耕作歷史雖長(zhǎng)，但利用方式較為粗放，施肥少，缺乏田間管理，加上本區(qū)缺乏燃料，作物秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物多以燃料形式消耗，耕種消耗的土壤養(yǎng)分得不到施肥、休耕措施的補(bǔ)償，土壤肥力呈明顯退化趨勢(shì)[14]，本研究結(jié)果進(jìn)一步印證了這一點(diǎn)。與以往研究相比[1,14-17,22]，本區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷含量處于下降趨勢(shì)，土壤全鉀含量基本保持穩(wěn)定；速效磷、速效鉀含量有一定上升，這可能與化肥的大量施用有關(guān)。林芝地區(qū)1999年磷肥和鉀肥消費(fèi)量為931 t和186 t，而到2010年為1 901 t和690 t[30]，這在一定程度上增加了農(nóng)田土壤磷、鉀的殘留量，提高速效磷、鉀的含量。但有研究認(rèn)為西藏土壤不僅缺肥，而且肥力不協(xié)調(diào)，施肥配比也不能滿足植物平衡養(yǎng)分的需求[14,31]。該區(qū)土壤微量元素的缺乏也不容忽視，方江平等[32]研究認(rèn)為林芝地區(qū)Cu、Zn、Fe等微量元素處于較豐富水平。本研究則表明該區(qū)耕地土壤有效Cu較為豐富，但有效Zn處于極缺乏或缺乏水平。

3.2 各肥力指標(biāo)在土壤剖面層次上的變化規(guī)律

土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于生物殘?bào)w和有機(jī)肥施用，集中于表層土壤。研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量隨剖面深度增加而下降。土壤氮、磷、鉀均顯現(xiàn)出了表聚性，可能原因是植物從土壤中吸收同化的氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素，在其死亡后隨根茬積累于土壤表層；或人為施用的肥料使養(yǎng)分在表層土壤產(chǎn)生積累。西藏地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，地形起伏較大，土壤質(zhì)地較粗，除有機(jī)質(zhì)積累緩慢外，易發(fā)生水土流失導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)元素的流失[33-34]，有機(jī)肥施用、秸稈還田等措施增加土壤有機(jī)質(zhì)外還可改善土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)，減少水土流失[35-36]。因此，要保障研究區(qū)耕地土壤肥力，最有效的方法是增加有機(jī)肥施用，并通過(guò)休耕等措施對(duì)作物收獲所帶走的養(yǎng)分加以補(bǔ)償，同時(shí)按所需求的配比及用量施用化肥。

3.3 土壤重金屬濃度及其農(nóng)作物吸收特性

Cu、Zn、Cd三種元素都是親Cu成礦元素，內(nèi)生元素化學(xué)行為接近，與成巖過(guò)程有緊密聯(lián)系[37]。本文中耕層土壤全量Cu、Zn濃度呈顯著相關(guān)(r = 0.527**，n = 27)，表明研究區(qū)土壤Cu、Zn來(lái)源相似。一般認(rèn)為土壤pH、有機(jī)質(zhì)狀況對(duì)土壤中重金屬分布及有效性有重要影響[38-40]：在大多數(shù)土壤中，pH升高使土壤膠體和碳酸鈣吸附的Cu、Zn、Cd增加，有效態(tài)濃度下降；土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬有強(qiáng)烈的固定作用，形成有機(jī)配合物。本研究中，有效Zn、總Zn、總Cu濃度均與土壤pH均呈極顯著負(fù)相關(guān)(r 分別為-0.555**、-0.582**、-0.736**，n = 27)，有效Cd與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)(r = -0.415*，n = 27)；全量Cd與有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著相關(guān)(r = 0.595**，n = 27)。表明在外界影響下，Cd在本區(qū)土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化和集散程度受到土壤有機(jī)質(zhì)的影響。土壤有效Cu與CEC呈顯著相關(guān)(r = 0.404*，n = 27)，表明本區(qū)土壤有效Cu濃度受CEC影響較大。土壤有效Cu、Zn濃度與全量Cu、Zn濃度均無(wú)顯著相關(guān)性，表明全量Cu、Zn濃度高低并不主導(dǎo)其有效性；有效Cd與全量Cd濃度呈極顯著正相關(guān)(r = 0.622**，n = 27)，表明本區(qū)土壤Cd有效性受其全量濃度影響較大。

研究區(qū)蔬菜大棚土壤全量Zn、Cd濃度均高于其附近3號(hào)樣點(diǎn)的土壤，可能是蔬菜大棚的施肥量較大造成了土壤Zn、Cd兩種重金屬的累積。值得注意的是在供試樣點(diǎn)中蔬菜大棚土壤酸堿度(pH 4.96)最低，呈強(qiáng)酸性反應(yīng)，明顯低于其附近3號(hào)樣點(diǎn)麥田土壤，呈酸化趨勢(shì)，即設(shè)施蔬菜栽培在一定程度上有使土壤酸化的趨勢(shì)，這應(yīng)與設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量施用氮肥，導(dǎo)致土壤酸化加重有關(guān)。蔬菜大棚土壤酸化可能會(huì)通過(guò)增強(qiáng)重金屬的有效性而引起更大的風(fēng)險(xiǎn)。蔬菜大棚土壤Cd濃度的升高雖未造成蔬菜可食部分Cd濃度的超標(biāo)，但應(yīng)當(dāng)注意大棚蔬菜的種植方式引起土壤及作物重金屬積累的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

小麥籽粒的Cd濃度與土壤全量及有效態(tài)Cd濃度均達(dá)到極顯著正相關(guān)(r 分別為0.545**、0.780**，n=24)，表明小麥籽粒的Cd直接受土壤中Cd濃度所控制，雖然現(xiàn)在Cd濃度處于安全限值，但如果土壤受到Cd等重金屬的污染，則可直接通過(guò)作物吸收，危害人類健康。西藏一直被認(rèn)為是受人為活動(dòng)影響最少的地區(qū)，土壤幾乎未受人為污染，一系列的地表元素地球化學(xué)背景值的研究在此展開(kāi)。然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)的加劇，西藏土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染問(wèn)題已進(jìn)入人們的視野。有研究顯示，藏中礦區(qū)表層土壤由于采礦活動(dòng)已受到Cu、Zn、Cd等重金屬污染，土壤微生物活性已受到不良影響[5-6]。高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)活動(dòng)也是西藏土壤及作物重金屬污染的重要原因，旦增等[10]研究發(fā)現(xiàn)拉薩市區(qū)大棚蔬菜樣品Pb、As、Cd、Cr四種元素的超標(biāo)率在11.4%～63.6%。交通源造成的土壤重金屬污染也不容忽視，王冠星等[8]的研究表明，青藏高原G214、G109、S308國(guó)(省)道部分路段路側(cè)土壤重金屬平均濃度均超過(guò)土壤背景值，并隨路側(cè)距離增加下降，已產(chǎn)生一定富集。本研究中，土壤及作物樣品重金屬含量均未超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但研究表明人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)可能一定程度上造成了表層土壤Cu、Zn、Cd的富集，尤其是蔬菜大棚的種植方式造成了土壤Zn、Cd兩種重金屬濃度的增加。西藏生態(tài)環(huán)境脆弱，土壤對(duì)重金屬污染的承載力較低[41]，一旦受到污染后果極其嚴(yán)重，對(duì)西藏主要農(nóng)產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行監(jiān)控顯得尤為重要。

4 結(jié)論

1)西藏林芝河谷地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量處于中等及較缺乏水平，全量磷鉀含量處于缺乏水平，速效態(tài)磷、鉀含量處于較豐富水平；土壤有效銅含量較高，有效鋅含量處于極缺乏或缺乏水平。

2)土壤及作物樣品中Cu、Zn、Cd濃度均未超出我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。重金屬濃度隨土壤深度增加而下降，人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)一定程度上造成了表層土壤Cu、Zn、Cd的富集。

3)與相鄰麥田土壤相比，蔬菜大棚土壤pH較低，有機(jī)質(zhì)、全量及速效態(tài)磷、全鉀含量較高，全量Zn、Cd濃度較高。蔬菜大棚的施肥一定程度上改善了土壤肥力，但導(dǎo)致了土壤酸化及重金屬Zn、Cd的積累。

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Preliminary Study on Soil Fertility and Heavy Metal Concentrations of Croplands in Nyingchi Valley of Tibet

SUN Xi1,3,LIU Heman2,ZHOU Tong1,Danzengquzha2,LI Zhu1,ZHOU Jiawen1,3,WU Longhua1*
(1 Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation,Institute of Soil Science,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China; 2 Agriculture and Animal Husbandry College,Tibet University,Nyingchi,Tibet 860000,China; 3 University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

Abstract:Nyingchi Valley is one of the most important agricultural areas on the Tibetan Plateau,and soil degradation has become more and more severe there with the development of agriculture.Fertility indexes and heavy metal concentrations of soil samples from the representative fields in Nyingchi Valley and heavy metal concentrations in corresponding wheat and vegetable samples were investigated.The results showed that soil organic matter,alkali-hydro nitrogen and total nitrogen were from moderate to low levels.The concentrations of total phosphorous,potassium and bioavailable zinc were at low level,but bioavailable phosphorous,potassium and copper were abundant.Soil organic matter played a key role in the preservation of soil fertility.The concentrations of copper,zinc and cadmium in both soil and plant were all lower than the corresponding national standards.However,the accumulation of copper,zinc and cadmium occurred in topsoil in Nyingchi Valley and could be attributed to over farming.

Key words:Nyingchi; Soil; Plant; Fertility; Heavy metal

作者簡(jiǎn)介：孫曦(1991—)，男，云南昆明人，博士研究生，主要從事土壤污染與修復(fù)研究。E-mail:xisun@issas.ac.cn

* 通訊作者(lhwu@issas.ac.cn)

基金項(xiàng)目：①國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012AA01402-2)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41325003，41161052)資助。

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.01.020

中圖分類號(hào)：S158；X58